[注册结构专业基础]结构低周反复加载静力试验讲义_secret

第四节结构低周反复加载静力试验

结构承受的地震荷载实质上是承受多次反复的水平荷载作用，由于结构是依靠本身的变形来消耗地震输给的能量，所以结构抗震试验的特点是荷载作用反复、结构变形很大，试验要求做到结构构件屈服以后，进入非线性工作阶段直至完全破坏。

由于设备和试验条件的限制，国内外大量的结构抗震试验都是采用低周反复加载的试验方法，即假定在第一振型(倒三角形)条件下给试验对象施加低周反复循环作用的位移或力(图18—4—1)，由于低周反复加载时每一加载的周期远远大于结构自身的基本周期，所以这实质上还是用静力加载方法来近似模拟地震作用。为此人们又称低周反复静力加载试验为伪静力或拟静力试验。

低周反复加载静力试验的不足之处在于试验的加载历程是事先由研究者主观确定的，荷载是按位移或力对称反复施加，因此与任一次确定性的非线性地震反应相差很远，不能反映出应变速率对结构的影响。

一、结构低周反复加载静力试验的加载制度

（一）单向反复加载

1．控制位移加载法

控制位移加载法是在加载过程中以位移为控制值，或以屈服位移的倍数作为加载的控制值、这里位移的概念是广义的，它可以是线位移，也可以是转角、曲率或应变等相应的参数。

当试验对象具有明确有屈服点时，一般都以屈服位移的倍数为控制值。当构件不具有明确的屈服点时(如轴力大的柱子)或干脆无屈服点时(无筋砌体)，则由研究者主观制订一个认为恰当的位移标准值δ0来控

制试验加载。

在控制位移的情况下，又可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载。

(1)变幅加载

控制位移的变幅加载如图18—4—1(a)所示。图中纵坐标是延性系数μ或位移值，横坐标为反复加载的周次，每一周以后增加位移的幅值。用变幅加载来确定恢复力模型，研究强度、变形和耗能的性能。

(2)等幅加载

控制位移的等幅加载如图18—4—2所示。这种加载制度在整个试验过程中始终按照等幅位移施加，主要用于研究构件的强度降低率和刚度退化规律。

(3)变幅等幅混合加载

混合加载制度是将变幅、等幅两种加载制度结合起来如图18—4—3所示。这样可以综合地研究构件的性能，其中包括等幅部分的强度和刚度变化，以及在变幅部分特别是大变形增长情况下强度和耗能能力的变化。在这种加载制度下，等幅部分的循环次数可随研究对象和要求不同而异，一般可从两次到十次不等。

在上述三种控制位移的加载方案中，以变幅等幅混合加载的方案使用得最多。

2．控制作用力加载法

控制作用力的加载方法是通过控制施加于结构或构件的作用力数值的变化来实现低周反复加载的要求。控制作用力的加载制度如图18—4—1(b)所示。纵坐标用力值表示，横坐标为加卸荷载的周数。由于它不如控制位移加载那样直观地可以按试验对象的屈服位移的倍数来研究结构的恢复力特性，所以在实践中这种方法使用得比较少。

3．控制作用力和控制位移的混合加载法

混合加载法是先控制作用力再控制位移加载。先控制作用力加载时，不管实际位移是多少，一般是经过结构开裂后逐步加上去，一直加到屈服荷载，再用位移控制。开始施加位移时要确定一标准位移Jo，它

可以是结构或构件的屈服位移，在无屈服点的试件中，δ0由研究者自定数值。在转变为控制位移加载起，即按δ0值的倍数μ值控制，直到结构破坏。

（二）双向反复加载

为了研究地震对结构构件的空间组合效应，可在X、Y两个主轴方向同时施加低周反复荷载。如对框架柱或压杆的空间受力和框架梁柱节点在两个主轴方向所在平面内采用梁端加载方案施加反复荷载试验时，可采用双向同步或非同步的加载制度。

1．X、 Y轴双向同步加载

与单向反复加载相同，低周反复荷载作用在与构件截面主轴成45角的方向作斜向加载，使X、Y两个主轴方向的分量同步作用。

反复加载同样可以是控制位移、控制作用力和二者混合控制的加载制度。

2．X、Y轴双向非同步加载，

非同步加载是在构件截面的X、Y两个主轴方向分别施加低周反复荷载。由于X、Y两个方向可以不同步的先后或交替加载。因此，它可以有如图18—4—4所示的各种X、Y变化方案。图18—4—4(a)为在X轴不加载，Y轴反复加载，或情况相反，即是前述的单向加载；图18—4—4(b)为X轴加载后保持恒载，而Y 轴反复加载；图18—4—4(c)为X、Y轴先后反复加载；图18—4—4(d)为X、Y两轴交替反复加载；此外还有图18—4—4(e)的“8”字形加载或图18—4—4(f)的方形加载等。

当采用由计算机控制的电液伺服加载器进行双向加载试验时，可以对一结构构件在X、Y两个方向成90°作用。实现双向协调稳定的同步反复加载。

二、砖石及砌块结构墙体抗震性能试验

（一）试件和边界条件的模拟

砖石及砌块墙体试验时，当模拟横墙工作时，可采用带翼缘的单层单片墙，也有采用双层单片墙或开洞墙体的砌体试件(见前图18—1—4)。对于纵墙则可按计算单元根据门窗孔洞分布的情况，采用有两个或一个窗间墙的双肢或单肢窗间墙试件(见前图18—1—5)。

多层砖石结构及砌块房屋在抗震设计时被假定为承受剪切变形，即在楼层间只有相对水平位移，而无层间的相对转角。为了在试验中能再现墙体在地震力作用下经常出现的斜裂缝或交叉斜裂缝的震害破坏现象，在墙体安装及考虑试验装置时必须要满足结构边界条件的模拟。

（二）试验加载装置设计

1．竖向均布加载的悬臂式试验装置(图18—4—5)．

该装置在竖向加载器顶部装有特制的滚轴，当墙体受水平荷载产生水平位移时，竖向荷载的作用点与相对位置不发生变化，可以保证试件有可平移滑动的边界和受力状态。

采用这种装置时试件高宽比不宜大于1／3，否则试验时可能出现弯曲而产生水平裂缝，导致弯剪型破坏。这种装置比较接近于顶层墙体的工作情况。对于其他层次墙顶还有弯矩作用，这时要求墙顶作用的是非均布竖向荷载，可采用图18—4—6的装置，通过墙顶刚性的L型横梁，对墙顶产生弯矩效应。另一种方法就是采用多层墙体试件，增大墙体的高宽比来满足弯剪型破坏的试验要求。